BIOTECNOLOGIA: EXPECTATIVAS Y RIESGOS

LECCION INAUGURAL

del curso académico 1988-89 en la Universidad de Córdoba

PRONUNCIADA POR EL

PROF. DR. JACOBO CARDENAS TORRES

Catedrético de Bioqulmica y Blologla Molecular

"Las honestas palabras que dan indicio de la honestidad del que las pronuncia o escribe ..

(CERVANTES)

"Concern lor man himself and his late must always form the chief interest o! al/ technical endeavor. Never forget this in the m1dst of your diagrams, and equations"

Excmo. y Magfco. Sr. Rector, Excmas. e limas. Autoridades, Queridos Compañeros, Profesores y Aluninos:

(EINSTEIN)

En el curso obligado que la edad y cortesía académicas establecen para impartir la lección inaugural de un nuevo año lectivo. me t oca hablar con ustedes sobre un lema que, por su importancia y novedad, no necesita de m¡¡yor recomendación.

Y como el tema es amplio y requiere entrar pronto en matena. lo inicio apropiándome de un texto cervantino:

"Ahora. que tan sin pensarlo me veo enriquecido des te divino don de la habla. pienso gozarle y aprovecharme dél lo más que pudiese. dándome priesa a decir todo aquello que se me acordare. aunque sea atropel lada y confusamente, porque no sé cuando me vo lverán a pedir este bien, que por prestado lo tengo" (Berganza a Cipión en el Coloquio de los perros).

Adopto la definición de Biotecnologfa recomendada por el mforme Spinks de 1 980:

"La Biotecnologia se define como la utilización de orga nismos vivos o sistemas o procesos biológicos para la producción de bienes y ser· vicios"

1. Naturaleza y variedad de los procesos biotecnológicos

De acuerdo con esta definición debemos considerar a la Blotec· nologia como una ciencia multidisciplinar de límites imprecisos que penetran en los campos de la Bioquímica, Biología Molecu lar y Ce lular,

Genética. Ingeniería Oufmica. Química Orgánica, Microbiología, lnge­n ieria Biológ ica. A mí se me representa como una de esas generosas Vlrgenes de los Navegantes del Renacimiento español que cubren con su amplio manto a lúcidos almirantes, forzados marineros e ilusionados grumetes surcando mares procelosos en busca de gloria y for tu na.

Los procesos biotecnológicos se remontan bien atrás en la historia de la humanidad. Las fermentaciones microbianas son los más ant iguos de estos procesos que se conocen, unos 6.000 años A.C., como atestigua el descubrimiento de una tabli l la babilónica en 1981 , en la que se describe la preparación de la cerveza. Unos 3.000 años antes de Cristo los sumerios eran capaces de fabricar cerca de veinte tipos diferentes de cerveza.

El perfeccionamiento de los procedimientos de fermentación y el aumento de su eficacia, y el descubrimiento de numerosas biocon­versiones bacterianas fueron seguidos del aislamiento de sustancias de origen bacteriano y fúngico que reemplazaron a los compuestos de sfntesis en la industria farmacéutica, de alimentación y cosmética .

La pregunta de J .B.S. Haldane en 1929, "¿Quién se molestará en produc ir compuestos cuando puede hacerlo un microbio?", iba a resultar más profét ica de lo que pensó su autor en el momento de formularla.

Desde los descubrimientos de Pasteur v de Edward Büchner en el último tercio del pasado siglo v de la acción antibiótica de la penicilina en 1928 por Fleming, el cultivo y manejo de microorganismos, con el advenimiento princ ipalmente de la Biología Molecular a partir de 1953, han sufrido un aumento espectacular a una velocidad vertiginosa.

Los campos de la medicina (nuevos y mejores tratamientos para las enfermedades card iovasculares, cáncer y diabetes; vacunas contra todo tipo de enfermedades vlr icas; nuevas técnicas de diagnóstico y de­tección; nuevos y más eficaces métodos para el transplante de órganos; técnicas para la curación de enfermedades moleculares innatas. etc.). agricu ltura y 1 producción de al imentos (cul tivos que producen sus propios fert ilizantes; plantas resistentes a la sequedad y estrés salino; obtención de hormonas de crecimiento de animales; vacunas contra infecciones de l ganado; fuentes más baratas de alimentos, etc.), producción de energía (fuentes renovables de energía -metano, hidró­geno. alcohol, biomasa-; sustancias elaboradas por microorganismos que extraen combustibles del subsuelo; producción de biomasa, etc.) y la industria (nuevas fuentes de productos de interés industrial; microbios que lixivian metales de rocas; nuevos sistemas microbianos de control de.¡,._ C'.ontaminar.iónl .. han <icin. ~~P.~J~cins Qnr. tnJ:-~V"MR."-hAAAli~jnAA.<..

de la biotecnología.

La revolución biotecnológica que ha sucedido en la historia de la humanidad a la revolución verde y a las revoluciones industnales coostituye hoy la base de grandes industrias productoras de medica­mentos, alimentos o bebidas, o energlas renovables, o que combaten en los diversos frentes de la contaminación ambiental.

Las prev1siones de las cifras que van a mover estas industr ias son escalofriantes y elocuentes por sí mismas. En el año 2000 se calcula que se producirán aminoácidos y proteínas por ingenterla genética por valor de 625.000.000 de pesetas; 900.000 000 en 1992 en anticuerpos monoclonales: 1 billón 375.000.000 en productos farmacéuticos en 1990; otro tanto importarán los productos qulmicos en el año 2000; la agricultura y la preparación de alimentos supondrán más de un billón de pesetas ¡1 .125.000.000) en el año 2000, mientras que por las m is­mas fechas lo que se invertirá en energía renovable será 2 b illones de pesetas y unos 6 billones importará el control de la contammactón en 1991.

Todo esto explica el interés de los gigantes industrtales por este tema, las fuertes inversiones que a toda pr isa se están llevando a cabo en sus diversos campos y el enorme rango de problemas y riesgos con los que se enfrentan y se han de enfrentar los que trabajan en este terreno.

Esta es también la JUStificación de la elección de este tema como materia de lección inaugural en este curso 1988-89.

Como tendremos ocasión de ver, la Universidad de Córdoba no es ajena al latir biotecnológico que se siente en las venas de la tnves· tigación de nuestro pa ís. Buena prueba de ello es el papel preeminente que algunos de sus profesores y su Junta de Gobierno han jugado en la gestión del recién creado Instituto Andaluz de Biotecnologla Vegetal o las Jornadas sobre Biotecnologla aplicada a la producción agraria organizadas recientemente en el Centro de Investigación y Desarrollo Agrario con la participación de relevantes miembros del claustro de profesores de la ETSIA de nuestra Universidad.

Y pues el tema, a más de fascinante, es amplio por la naturaleza y variedad de los procesos biotecnológicos, trataré de ser conciso y ameno, aun a riesgo de sacrificar precisión, con lo cual no hago stno ejercer la facultad de preferir a cuyo uso, como humanos -ya nos recordaba Ortega- estamos inexorablemente condenados.

Y como no quiero tener bien presente el proverbio hebreo: "Aro de oro en jeta de puerco es palabra hermosa falta de seso" . con estilo

directo v desnudo de tecnicismos me propongo conversar con ustedes unos minutos sobre las expectativas y los riesgos de la Biotecnología.

Cuenta Borges de un mono de las reg1ones del norte de China, anima l dotado de un instinto curioso: "es muy aficionado a la tinta china. y cuando las personas escriben. se sienta con una mano sobre la ot ra y las piernas cruzadas esperando que hayan concluido y se bebe el sobrante de la tinta. Después vuelve a sentarse en cuclillas. y se queda tranqui lo" . Espero y les invito a que hagan lo que este curioso simio. Aguarden a que garrapatee torpemente unos cuantos trazos del pano­ra ma de la Biotecnología, y que luego apuren el tintero donde va a quedar lo más interesante.

Esta lección se divide, pues, en los siguientes apartados, sobre los que discurriremos brevemente (Tabla 1): Comenzamos por el segundo. Ingenie da Genética, ya que sobre el primero hemos dicho bastante y su contenido queda reflejado en la sucinta enumeración que bajo el epfgrafe de bio'indust ria -blotecnologlas aplicadas a escala industrial- , se recoge en la Tabla 2.

2. Ingeniería genética

1953 marca un hito en la historia del pensamiento general y biológico. Cuando Watson y Crick publican en Natura en el número del 25 de abri l, su trabajo sobre la doble hél ice del DNA se inicia lo que podemos llamar la revolución molecular o cuarta revol ución coperni­cana. tras la segunda de Kant y la tercera de Darwin: podemos ya pensar a escala molecular y, en un corto tiempo, trabajar y manipular las piezas más delicadas de las reservas de información de los seres vivos.

Los ha llazgos y aplicaciones en este campo han sutrido un creci­miento explosivo en estos 40 aí\os siguientes, y el resultado, por lo que concierne a nuestro tema, ha sido la especialización molecular de lo que se llama hoy lngenierfa Genética, logro que alcanza los límites de la magia. por una parte. y los riesgos del aprendiz de brujo, por otra.

Resumo brevemente lo que es trabajo de rutina en un laboratorio cor riente de Biologfa Molecular:

La información genética de un organismo vivo reside en el DNA de sus cromosomas. particularmente en la secuencia de las bases P,úricas Y.

pirimidfnicas del esqueleto de la cadena.

Esta mformación se conserva celosamente y cuando resulta nece­sario se hacen copias de las instrucciones que son leidas por los ribosomas. orgánulos celula res encargados de traducirlas y convert~rlas en protelnas de diversas clases. de acuerdo con un programa conocido como el código genético.

La complejidad del sistema de custodia de la información genética varía paralelamente a la complejidad del organismo. Los organismos más s1mples que se conocen, las bacterias, no tienen la mformac1ón confinada en un compartimento especializado, el núcleo, como las células más complejas _que por ello se llaman eucarióticas. Tienen un solo cromosoma principal, c~rcula r y grande, aunque pueden tener piez?S de información más pequeilas, wculares, denom inadas plás­midos. Los plásmidos son estructuras enigmáticas de función descono­cida, aunque muchos de ellos portan genes que confieren a muchas bacterias resistencia frente a los antibióticos y su aspecto más desta­cado desde el punto de vista de la ingeniarla genética es que pueden pasar con una relativa facilidad de una célula a otra, incl uso entre estirpes celulares de especies diferentes. S1 se toma un plásmido bacteriano y se pega" un gen de ADN en su anillo, la facultad natural del plásmido de penetrar en el interior de las bacterias permitirá a dicho gen penetrar en un nuevo emplazamiento acompañado de fa corres­pondiente información genética. El plásmido que se uti liza para esto recibe el nombre de vector. Ciertos tipos de virus pueden actuar también de vectores.

En 1938 Warren Weaver. director a la sazón de la Rockefeller Foundation, acuñó el término Biologfa Molecular "a new branch of science which is beginning to uncover many of the secrets concerning the ultimare units of the living celr '.

Al cumplirse el 50 aniversario de este acontecimiento, el número de octubre de este allo de la Revista Trends in Biotecnology dedica una historia a los 50 años transcurridos. A este " Molecu lar Biology's hall of fame" remito al curiosa oyente para que complete los puntos débiles de este relata histórica.

En 1971 se descubrieron en bactenas unas de las más curiosas herra mientas de la ingeniería genética, las enzimas de restr icción. Se trata de endonucleasas, que recorren la doble hélice del ONA hasta que se encuentran con determinadas secuencias específicas de bases a las que reconocen produciendo una precisa incisión entre los dos fila­mentas de la doble hélice del DNA. En las moléculas circulares de los plásmidos. esto perm1te la apertura del anillo y posibilita la introducción de un gen humano.

Desde 1971 se han descrito más de 300 tipos diferentes de estas enzimas específicas. En la Fig. 1 se presenta la acción de tres de ellas.

Tras la realización del corte en el plásmido que se produce dando lugar extremos escalonados. se le pone en contacto con el gen que se desea insertar y se someten a la ligadura en presencia de una enzima específica ONA-Iigasa.

La molécula así recombtnada puede introducirse en una bacteria nodriza que puede actuar como fábrica de la proteína cuya información se contiene en el gen msenado. En la Ftg. 2 se esquematizan estos procesos.

Lo caracterfstico de los plásmidos es que son capaces de multipli ­carse por sí mismos en el interior de la célula hasta producir algunas docenas de copias. Si el plásmido contiene un gen humano. el gen se multiplica de la misma forma que el resto de la molécula. Y como la bacteria que alberga el plásmido también crece y se divide (aproxima· damente cada 20 minutos), antes que transcurra mucho tiempo una sola bacteria puede haber originado millones de descendientes. Una población de células procedentes de un antecesor común se denomina clan. y todas las células de un clan tienen idéntica dotación génica, de modo que en 24 horas, una sola bacteria portadora de una molécula recombinante puede originar millones de células idénticas con el gen humano original. Se dice. entonces. que dicho gen ha sido clonado (Fig. 3 ).

Esto es parte de la historia que tiene perfi les y detalles muy interesantes que deliberadamente omito. ·aaste continuar diciendo que las proteínas humanas permanecen, por lo general. en el interior de la célula bacteriana, de la que se extrae medtante procedimientos mecá· nicos o biológicos diversos.

Combinando la acción de estas enzimas y la manipulación del DNA recombinante con poderosas técnicas de análisis del material genético, ha sido posible identificar los genes responsables de la síntesis de enzimas y p roteínas claves en los procesos celulares, y especificar molécula a molécula la composición y orden de los aminoácidos que los integran .

En este punto, y a pesar de lo sumario del relato, más de uno habrá sucumbido a la tentación de pensar que estos hechos sólo son posibles en laboratorios extranjeros. donde suelen ocurrir estos descubrimientos. A lgo así como el oro olímpico de la ciencia en la que, con un poco de suerte, sólo podemos aspirar a medallas de metales aleados. La ooertura oe1 t-anto 11 1 oe1 lntterno oe uante: Lasctate ogm speranza vot

ch'entrate" suena desagradable e inapelablemente.

Quizás el estado de ánimo quede mejor refle¡ado en los versos de otro llorentino:

"Tan lleno estaba el corazón de asombro que quedé como aque l que nada dice. esperando que alguno le aconseje" (Petrarca, Triunfos).

El consejo nos viene de los hechos. En la Fig. 4 se presentan las secuenc1as de aminoácidos (deducidas de la secuencia de nucleot1dos del gen estructural) de la Mrato reductasa del alga verde Chlamy­domonas reinhardtii. primera enzima responsable de la asimilación de nitrato en las plantas, descilrada con las técnicas modernas de inge­nlerfa genética por el Profesor Emilio Fernández, del Departamento de Bioquímica. Biología Molecular 1' Fisiología de esta Un 1vers1dad, asl como las secuencias coincidentes, secuencias-consenso, con otras enzimas similares de otros orígenes. Se trata de la primera n it rato reductasa de algas clonada. lo que supone un paso de transcendental importancia para el estudio de la regulación. a nivel molecular, de la as1m1lación de nutrientes nitrogenados en el reino vegetal.

Quiero. en este punto. poner otro ejemplo de posible aplicación de la Biotecnología para hacer frente a uno de los azotes modernos que estamos padeciendo actualmente: la posibilidad de fabricación de una vacuna contra el SIDA. El SIDA está producido por un ret rovirus cuya estructura a nivel molecular ha podido ser establecida en un tiempo récord. Su blanco de acción son unas células especializadas del sistema inmunitario. los linfocitos T4 auxi liares que juegan un papel crucial en el desencadenamiento de la respuesta Inmunitaria. Suprimiendo la actuación de Jos T4 el sistema inmune se desmorona y es inexistente a todos los efectos. con lo que el enfermo de SIDA. aparte de otros síntomas, puede sucumbir ante cualquier infección oportunista.

Interfiere la acción de los T4 mediante la glicoprotelna gpl20, que sobresale de la envuelta vírica y que. desgraciadamente. como en el caso de otros retrovirus y adenovirus, consta de regiones de protelnas altamente variables y de unas porciones más fijas. que son las ún icas que pueden uti lizarse para la fabricación de vacunas. En la actualidad se intenta, por las técnicas de ingeniería genética, obtener suficiente cantidad de estas regiones para producir anticuerpos que puedan ser utilizados como vacunas por parte de estos enfermos.

Esto nos da pie a tratar· el siguiente punto de esta lecc1ón. Hibridomas y enfermedad, que nos permite hablar de una de las técn1cas más prometedora~ actualmente de la Biotecnologla. la fabri­cación de los anticuerpos monoclonales.

3 Hobridomas y enfermedad

El descubromiento y desarrollo de las cuatro clases principales de antibióticos - penocilinas, tetracilinas, cefalosporinas y eritromi­cinas- han surg ido al hilo de la lucha del hombre contra la enfermedad y contra el alarmante incremento de la resostencia a los antibióticos que han ido presentando los doversos microorganismos patógenos. El des­cubrimoento en 1945 por Giuseppe Brotzu del hongo Cephalosporium, productor de la penici lina N y de .la celalosporina C, antibióticos de amplio espectro, ejemplifica esta lucha, así como el papel de la Biotecnología en su relación con la enfermedad.

La biotecnologia ha aportado dos técnicas fundamentales para conseguir microorganismos productores más eficaces de distintos anti­bióticos: la fusión celular y la producción de anticuerpos monoclonales.

Mediante fusión celular se generan combinaciones qulmicas onnova­doras entre dos células a las que se les han eliminado sus paredes externas por digestión enzimática. El contenido celular queda rodeado únieamente por la membrana mucho más fina Estas formas celulares frágiles, denominadas protoplastos. se combinan mediante la adición de determinados virus o sustancias qulmicas.

La fusión celular produce células hlbridas o recombinantes que contienen material genétoco procedente de dos o más células de cepas distintas de la misma especoe microboana o de especies diferentes por completo. La gran ventaja de este proceso estroba en que se pueden obtener mezclas nuevas de material genético, combinaciones que no se producen en absoluto, o sólo raramente, en la naturaleza, con la consiguiente uti lidad para la producción de antibióticos modificados o de otros muchos productos de interés industrial o alimentario.

La fusión celular se util iza como principio de la técnica de produc­ción de los anticuerpos monoclonales, probablemente la de mayor y más rápida repercusión en medic ina hoy en día.

Los anticuerpos se producen en células especial izadas del bazo, sangre y gangl ios linfáticos. Las llamadas células B circulan por el organismo en busca de microbios u otros materiales extrallos a los que interceptar. Esta acción de bloqueo y neutralización la ejercen los anticuerpos de una forma muy especifica: encajando los brazos de su estructura molecular en forma de Y, medo ante un aj uste muy preciso, en la estructura molecular del antígeno a la que se adhiere. En e) cuerpo humano existen, asl, millo nes de tipos distintos de anticuerpos que presentan, en cada caso, cavidades de forma caracterlstica. Un anti­cuerpo sólo se adhiere a un antígeno que tenga exactamente la forma

1dónea. El término anticuerpos monoclonales se aplica al grupo de antiCuerpos idénticos que poseen el m1smo tipo de c avidad, que reconocen por tanto al mismo antígeno.

(Cómo obtener por separado los distintos tipos de anticuerpos? Para ello la Biología ha recurrido a un truco ingenioso y osado.

En 1975 Kohler y Milstein publican un artículo trascendenta l en la revista Nature (vol. 256, 495-497): "Continuous cultures of f used cells secreting antibody of predefined specificity".

Las células B de bazo de ratón producen anticuerpos, cada una de ellas un t1po solamente de ellos .. Si se cultiva in vitro una de estas células, puede crecer y dividi rse y elaborar el anticuerpo deseado. El probl ema es que las células B mueren tras ser aisladas, Sin dar tiempo a que generen un clon con la suficiente cantidad de anticuerpo. Pero estas células pueden fusionarse con otras células cancerosas prácti­camente inmortales que. en condiciones adecuadas. pueden crecer y dividirse VlrtU81mente de- modo indefimdo.

Así, combmando la habilidad de las células B para produc1r anti ­cuerpos con la casi Inmortal idad de las células cancerosas, se pueden obtener grandes cantidades de anticuerpos monoclonales.

En la Fig. 5 se muestra en esquema el proced1m1ento para la obtención de anticuerpos monoclonales contra el 1nterferón. proteínas de defensa secretadas por las células en respuesta a infecciones v íricas. una de las nuevas esperanzas para combatir el cáncer y ciertamente un medicamento de extraordinario interés para prevenir o curar d1versas enfermedades víricas (rabia. hepatit is. herpes diversos e infecciones por citomegalovirus).

Esta nueva tecnología está revolucionando la práctica médica desde el tratamiento del cáncer y la insuficiencia renal hasta las infecciones bacterianas o vír icas. Entre las diversas aplicaciones de los an ticuerpos monoclonales hay que ci tar: la potencia de las defensas naturales de los pacientes, la mejora de las expectativas de éx1to en el transplante de órganos, la mayor precisión en la aplicación de medicamentos en partes concretas del cuerpo y la purificación y abaratamiento de los costes de producción de fármacos escasos y caros. El caso del inÍerferón es un e¡emplo de estas últimas aplicaciones que ha perm1tido un abarata ­miento espectacular de estas proteínas de defensa (existen u na docena de tipos de interferónj.

En su relación con la enfermedad, la Biotecnolog fa combate en primera linea fabr icando vacunas antivíricas. por ingeniería genét1ca.

contra la hepatitis B y contra la rabia; mediante la obtención de proteínas antihemofilia por clonación de los genes de los factores de coagulación VIII y IX; trabajando intensamente por desarrollar va cunas contra el SIDA; mediante la puesta en marcha de programas de inmunización pasiva contra el plasmodio de la malaria (denominada así porque la protección depende de anticuerpos externos inyectados al cuerpo y no de anticuerpos producidos por el propio sistema inmuni­tario del organismo); mediante la fabricación por ingeniería genética de insulina, de hormona de crecimiento, somatostatina, calcitonina, cole­cistoqu in ina, bombesina. vasopresina, hormona paratiroidea, factor de crecimiento nervioso, hormona adrenocorticotrópica y eritropoyetina; fabricando mediante microorganismos hormonas esteroideas; por medio del empleo de la terapéutica enzimática; utilizando anticuerpos mono­clonales y enzimas bacterianas para combatir el cáncer y tratamiento de enfermedades cardiovasculares, etc., etc.

No quiero terminar esta parte de mi exposición sobre el interés y aplicabilidad de la Biotecnología en la obtención de nuevos fárma cos sin mencionar la droga que bloquea la acción de los corticoides y de la progesterona (la RU 38486) y un fragmento activo compuesto por 29 aminoácidos (la molécula "endógena" tiene 44) de la mo lécula hipo­talám ica (GRF) que estimula la secreción de hormona de crecimiento (GH). El primer compuesto mencionado fue sintetizado por E.E. Baulieu (Bioqufmico de Roussei-Uclaf . Francia). El segundo compuesto fue obtenido por LANCE en 1984, y SERONO (Suiza) adquirió sus derechos para el uso clínico. Sobre ambas drogas se trabaja en la Sección de Fisiologfa del Departamento de Bioquímica, Biología Molecular y Fisio­logfa bajo la dirección del Profesor Sánchez Criado. Las expectativas inicia les y el optimismo que se creó tras la identif icación del GRF-29 se encuentran actualmente frenadas, debido a que en el momento pre­sente su util idad es exclusivamente diagnóstica, y aún no se ha encontrado el mecanismo de administración para conseguir que sea efectiva. La Fig. 6 muestra cómo ratas tratadas con GRF o vehículo en el período de máxima aceleración del crecimiento, presentan un idéntico pa trón de desarrollo corporal.

En el caso del GRF-29. es la primera vez que una mult inacional encarga el estudio del fármaco a laboratorios y hospitales españoles (Córdoba, León y Ramón y Caja! de Madrid).

4 . La nueva revolución verde

En t res f rentes principales ha contribuido la biotecnología vegeta l al incremen.to de la p roducción aSJrícola de una manera característica e insustituible.

El primero es el del autoequipamiento a plantas de interés agroah ­meptario por ingeniería genética de la maquinaria necesaria para la fabncacrón del propio fertilizante.

La segunda contribución ha tenido lugar en el campo de la defensa de cultivos frente a las plagas; y en tercer lugar. en la selección por rngenieria genética de cultivos alimentarios resrstentes a la sequedad, sales y otras fuentes de estrés ambiental.

En el primer frente, el eJemplo más avanzado y de mayor expec­tativa a cono plazo. a pesar de sus indudables di ficultades. es el de la transferencia de los genes que codifican el aparato enzimátrco respon­sable de la fijación de dinitrógeno de bacterias f ij adoras a plantas de rnterés económico.

El nitrógeno es uno de los nutrientes fundamentales de los suelos y son muchos los miles de millones de dólares que la agricultura de los paises desarrollados y en vías de desarrollo gastan en abonos mrnerales nrtrogenados para suplir el défici t anual que origrnan los cultivos Sólo unas cuantas especies bacterianas de vida libre y otras que viven en simbiosis con ciertos tipos de plantas, como las leguminosas. tienen la maquinaria genética enzrmática para reducir el N2, que representa el 80% del volumen de los gases de la atmósfera. en una reacción qulmica fuertemente endergónica (Fig. 7).

El desafío biotecnológico consiste en transferir por técnrcas de ingenierla genética los genes nif desde una bacteria fi jadora a una planta de interés agroeconómico como trigo. maíz, soja o arroz. La dificultad estriba en que la proteína enzimática nitrogenasa está codi ficada por al menos 17 genes diferentes. que aunque están l igados en el cromosoma bacteriano, representa una tarea ardua desde el punto de vrsta cuantitativo y de la expresión de todos ellos, algunos partrcu­larmente delicados. ya que los genes de regulac ión de la enzima son sumamente sensibles a trazas de oxigeno. De cua lquier forma, se ha conseguido ya transferir los 17 genes nif de Klebsiella pneumoniae a E. coli, convirtiendo a esta enterobacteria en una fábr ica m icrobiana de amoniaco, lo que hace abrigar esperanzas de que se puedan trans­formar por el mismo procedimiento, bacterias incapaces de fijar nit ró­geno que actualmente colonizan las raíces del t rigo y otros cerea les.

Más atractivo es el proyecto de introducir directamente genes nif en plantas de cultivo sin necesidad de intermediarios m icrobianos.

El problema más duro de superar .es el de engañar a las células vegetales para que acepten los ·genes microbianos y produzcan la cantrdad suficiente de las protelnas codificadas por estos genes nif para

fabricar la nitrogenasa.

En el vol umen 303 {pág. 209-213) de la revista Nature en 1983. apareció un artículo de enorme trascendencia: " Expression of chimeric genes transferred into plant cells using a Ti-plasmid derived vector", de Herrera-Estrel la. L.; Depicker. A.; van Montagu. M. and Schell, J., en el que se demuestra que un plásmido de la bacteria Agrobacterium tumefaciens. llamado plásmido Ti {"tumor inducing"J, capaz de infectar a unas plantas con flores, produciendo agallas, puede ser un vector potencial para introducir genes bacterianos en plantas.

Localizado el vector adecuado se puede sacar partido de la propiedad que presentan algunas plantas de poderse regenerar a partir de una célula.

Todos estamos fa miliarizados con el fenómeno de la propagación vegetativa. el hecho, verdaderamente admirable. de que un fragmento de una •planta adulta pueda crecer hasta reproducir una réplica o clan totalmente desarrollada de su progenitor. Esta capacidad la conservan só lo algunas especies vegetales y se ha perdido casi por completo en el reino animal.

En el hombre. la totipotencia celular se pierde en los primeros días del desarrollo embr ionario. Los genes necesarios para producir uñas y bigotes están presentes en nuestros hepatocitos, pero pa recen estar permanentemente bloqueados. No pasa lo mismo en ciertas plantas: las cé lulas del tallo del tabaco pueden producir una planta de tabaco completa porque todos sus genes son activos en potencia y, en condiciones apropiadas, pueden generar una planta completa de tabaco a partir de una so la célula, lo que permite expresar genes de interés transferidos por ingeniería genética.

Aunque aún no se han conseguido resultados plenamente satis­factorios. en la act ualidad se está trabajando intensamente en la transferencia de genes bacterianos nif a plantas de trigo y en la fusión de la célula de trigo portadora con una planta capaz de regenerarse fáci lmente a partir de una célula, mediante un método análogo al empleado para obtener hibridomas.

M iembros de n uestro Departamento se han formado en Alemania en la clonación y secuenciación de los genes nif de bacterias lotosintéticas fijadoras y en la actualidad estudiamos en colaboración con la Univer­sidad de Bielefeld la genética de metaloproteínas de bacterias para eva luar la viabilidad de su inserción en el genoma de las plantas. En la Fig. 8 se representa un esquema de las posibi lidades de transferencia de genes de plantas de mterés agroahmentano y ecolog1co.

Las técnicas de ingenreria genética y de propagacrón in vitro se han puesto al servicio de lo que denomrnábamos dos importantes contribu­ciones de la Biotecnologla a la nueva revolucrón verde.

Hacia 1840 el añublo de la patata produjo una ruina apoca líptica en Europa y particularmente en Irlanda, que perdió un tercio de su población por el hambre y la emigración.

Otro hongo se abatió sobre la cosecha de maíz en 1970 en los USA, produciendo pérdidas estimadas en mil millones de dólares.

Dos maneras tienen hoy los patólogos vegetales para obtener plantas resistentes a plagas, aparte de seleccionarlas por los métodos de mejora tradicionales.

Una es la creación de nuevas especies vegetales resistentes por fusión de protoplastos. En algunos casos, a partir de una célula única. se puede conseguir una planta adulta completa; así, por ejemplo, las plantas de "pomate" son híbridos producidos a partir de células de tomate y pata ta.

Otra es la construcción por ingeniería genética de plantas r esis­tentes a plagas y posterior propagación vegetativa de estas p lantas resistentes. !in 1985. un grupo de científicos belgas insertaron en plantas de tabaco los genes de una bacteria que ataca al i ntestino de la esfinge del tabaco, insecto bastante común y dañino de estos cui1Ívos. En la Fig. 9 se presenta un esquema de la construcción de una planta resistente a plagas. mediante técnicas de ingeniería genética.

La regeneración directa de plantas manipuladas genét icamente o de buenas cualidades, y no por fusión de protoplastos, t iene hoy una gran importancia económica. Los espárragos. las fresas, las pi i'las o la palmera de aceite (Eiaeis guineensis) se suelen propagar hoy a partir de células extraídas de la planta correspondiente.

La misma técnica se usa en viveros para otras muchas espec ies: coles de Bruselas, coliflores, plátanos, claveles. helechos e incluso variedades del pino de Ca lifornia.

En Malasia se han plantado ya miles de palmeras clónicas que producen entre un 20-30% más de aceite. Téngase en cuenta que las ventas anuales de aceite de palma superan los 5.000 millones de dólares, incluido su uso en la fabricación de margarinas.

Recientemente se ha clonado una especie de eucalipto en Austraha que puede crecer en suelos muy salinos, tierras marginales para la agrrcultura. Con estos árboles se espera colonizar unos 500.000 km2 de

tierra salobres como una etapa previa para el saneamiento de las tierras y posterior uso en agricultura convenc ional o bien como terrenos productores de biomasa vegetal.

Uno de los temas de trabajo muy avanzado en el Instituto Andaluz de Biotecnología Vegetal es el del aislamiento y clonación de nuevas estirpes de tomate resistentes a la salinidad, que llevan a cabo el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Málaga, en colaboración con el Centro Experimental de la Mayora.

En la Fig. 1 O se muestra la influencia de la fuente de ca rbono sobre la acumulación intracelular de las reservas de almidón en un alga verde, Chlamydomonas reinhardtii. El cambio de la fuente de carbono del C02 a esqueleto carbonado preformado, y de la fuente de N, de amoniaco a aminoácidos o purinas produce un incremento de las reservas de ca rbohidratos que puede utilizarse como estrategia para inducir una hiperproducción de azúcares en plantas de interés agroalimentario. En la actualidad estamos trabajando en la obtención de mutantes hiperacu­muladores de ca rbohidratos por su posible potencial económico en la agricu ltura andaluza.

5 . Microbiología indus1rial

Ya en 1521, Bernal Díaz del Castillo describía cómo los habitantes de México comían unos pastelillos con aroma a queso que preparaban con una especie de " légamo" extraído de los lagos. Se trataba, casi con certeza, de la Spirulina maxima, un 'alga que prolifera todavía en las aguas alcalinas del lago Texcoco. Al igual que los aztecas precolom­binos, los act ua les kanembu del Tchad se al imentan de un microorga­nismo semejante. la Spirulina platensis.

El interés del hombre por alimentos microbianos es. por tanto, muy antiguo, y la util ización de levaduras de cerveza y del género Gandida ha supuesto un ingrediente importante en la dieta humana v animal durante muchos aí'\os. Una de las aplicaciones más serias de uti lización de microorganismos en al imentac\ón animal ha sido el cultivo de bacterias y algas pa ra producir proteína unicelular (" Single Cell Pro1ein " ).

La Imperial Chemical Industries del Reino Unido produce proteínas unicelulares cultivando la bacteria Methylophilus methylotrophus en metano! derivado del gas natural. La prodúcción animal de Pruteen. nombre convencional del producto, supe ra las 50.000 Tm que se ernp1ecnr en c/unenuw ron éHurnal.

Las algas se cultivan con el m1smo f1n y pueden servir de alimento de excelentes cualidades si se cons1gue reba¡ar su contenido en ácidos 'nucleicos y un sabor repelente en c1ertos casos. Una de las líneas actuales del Departamento de Bioqulmica, Biologfa Molecu lar y FISIO­

logía está dedicada a la obtención de mutantes de algas capaces de degradar rápidamente sus ácidos nucleicos y poder ser utilizados con mayores garantías en la alimentación animal humana.

Los microorganismos y plantas se usan con frecuenc1a para pro­ducir. además, colorantes raros. costosos y muy apreciados, o al imentos y combustibles corrientes a precios más bajos que los ordinarios en el mercado. Asf. en el Departamento de Bioquímica y B1ologla Molecular y Química Orgánica de la Universidad de Málaga se produce hoy, por técnicas de propagación in vitro de suspensiones celulares de Uthos­permum erythrorhizum. la shikonina, colorante orgán1co muy usado en cosmética, y a partir de cultivos de células de una verbenácea, la Uppia dulcis Trev, la hernandulcina. sustancia edulcorante mi l veces más potente que la sacarosa.

Dentro de este capítulo cabe destacar el diseflo de reactores con enzimas y células inmovilizadas para producir sustancias de elevado mterés comercial. La inmovilización es una técnica que consiste !'In f1¡ar un material biológico sobre un soporte inorgánico. bien por simple absorción, por unión química aprovechando. principalmente, los grupos -OH superficia les del soporte, o bien depositando sobre éste una peque~a capa de carbón sobre la que se deposita el compuesto biológico (Fig. 11).

En la F1g. 12 se muestra una fotografía de microscopía electrónica de barrido obtenida en el Departamento de Qufmica Orgánica de la Universidad de Córdoba, de una sepioli ta, util izada como soporte de inmovilización, en la que se aprecia su estructura fibrosa.

Las enz1mas soportadas poseen, en general. más actividad y m ucho más tiempo de vida que las enzimas en estado l ibre (en disolución). Así, por ejemplo, se ha trabajado con endonucleasas de Streptomyces aureus inmovi lizadas. lo que permite la hidrólisis de ácidos nuclé1cos en concentrados de protefnas unicelulares. Estas endonucleasas presentan un gran interés, ya que hacen disminuir el contenido de ác idos nucléicos, y por ello el de bases púricas susceptibles de transformarse en ácido úrico, con lo que podrían encontrar aplicación en alimentación humana.

Conviene recalcar el hecho de que las enzimas inmovilizadas pueden, a veces, lles¡ar a ser 10.000 veces más estables que la enzima

en disolución. frente a agentes tales como calor. disolventes orgá­nicos, etc.

Los materiales biológ icos Inmovilizados. aparte de desempenar un papel fundamental en la Biotecnologfa. comienzan a ser imprescin· dibles en ciertas áreas de la denominada "Qufmica Fina", Química que precisa de gran pureza y supone un alto valor añadido, prioritaria en los Planes de Investigación de la C.E.E.

Entre los edulcorantes que se producen hoy por la técnica de enzimas y células inmovilizadas de mayor importancia económica en los USA caben mencionarse la fructosa. el aspartamo. dipéptido de ácido aspártico y feni lalanina. y la taumatina, proteína de 207 res1duos de aminoácidos unas 2.000 veces más dulce que el azúcar ·de caña o remolacha. l a taumatina se encuentra en un arbusto del Africa occidental. Recientemente se ha clonado su gen y se espera poder producirla mediante microbios modificados por ingeniería genética.

La producción de aminoácidos por microbiologfa industrial ocupa por s i solo un capitulo muy amplio de la B1otecnologfa y existe sobre el particular una extensa bibliogralla.

6 . Bioecologfa

No quisiera terminar la exposición de las expectativas que nos ofrece la Biotecnología sin tocar. aunque sea de pasada. lo que puede aportar a la conservación del med1o ambiente.

Como punto de referencia tomo un problema de actualidad visual y olfativa que nos hiere cada año por esta época. Me refiero al problema de los alpechines.

Por estas fechas, año tras año. se destruye el paisaje andaluz por los vertidos de alpechín, haciendo caso omiso los industriales en repetidas ocasiones de las normas medioambientales de las agencias oficiales correspondientes. Medidas se han adoptado, pero con eficacia más que dudosa. Existen soluciones y estudios, de los que voy a mencionar dos por lo que nos afecta de cercanía y por su carácter biotecnológico. Uno es el método químico-biológico del Profesor Bellido Sempere, de la Facultad de Ciencias, actualmente en operación a escala semipiloto y muy recientemente a escala industrial. El sistema consiste en una oxidación drástica e instantánea del alpechín conectada con la utili­zación biológica de los vertidos a la salida del sistema con objeto de rebajar de sa les el lfquido antes de verterlo en ríos o poderlo uti l izar en riegos.

En la Fig. 13 se presenta en esquema el sistema de depurac1ón empleado. La Instalación correspondiente al esquema tiene una capa­cidad de depuración de 500·1.000 1/h. y se encuentra funcionando en la Estación Oleícola de Menglbar (Jaén). Recientemente se va a instalar una planta de capacidad para 100.000 1/dfa, correspondiente a la molturación de - 100 Tm. de aceituna/ dla.

En la Tabla 3 se recogen las numerosas espec1es de microorga­nismos que hemos aislado que pueden uulizar el vertido de la planta. muchas de ellas de enorme potenc1al como f uentes de biomasa y proteína unicelular.

El otro sistema corresponde a un reactor contmuo de m1croorga­msmos inmovilizados sobre carragenatos, en concreto bactenas meta­nogénlcas, que permiten la producción de 70 l. de CH4 por litro de alpechln tratado, un rendimiento tres veces superior al de procesos antenores de tratamiento de esta sustancia. El sistema funciona en fase piloto en el Departamento de lngenierla Química y Química Orgán1ca de la Universidad de Córdoba. y presenta excelentes perspect ivas de poder ser util izado a escala macro.

Entre los microbios existe un género, el género Pseudomonas, que destaca por su capacidad de aprovechar compuestos extrai'los o xeno­bióticos. en particular hidrocarburos. Cada cepa sólo puede aprovechar uno o pocos de los muy diversos tipos existentes de hidrocarburos. Los genes que codifican las enzimas que degradan a los hidrocarburos no se encuentran por lo general en el cromosorT)a bacteriano, sino en los plásmidos de las bacterias.

Asl se han obtenido por ingen1ena genética " supermicrobios" capaces de degradar hidrocarburos o de atacar a herbicidas muy persistentes como el 2.4,5-T, principal ingrediente del Agent Orange, defohante profusamente usado con fines bélicos para devastar grandes áreas de la jungla vietnamita.

En la Fig. 14 se esquematiza la acción de los productos de algu nos de estos genes y en la Fig. 15 la construcción, por ingeniarla genética, de algunos de estos superm1croorganismos.

En nuestro Departamento se acaba de iniciar una linea de obtención por ingeniería genética de bacterias fotosintéticas descontaminadoras que aprovechan, además, como fuente de energía, la luz solar de la que disfrutamos más que abundantemente por estas latitudes.

Existe, además. la posibilidad de que la acción humana refuerce el traba¡o de los microorganismos en una acción conjunta de tecnologfa humana y catabolismo microbiano.

•

Hace unos años tuvo lugar en Pennsilvania una fi ltrac ión de unos 27.000 litros de petróleo que amenazaba con contaminar las reservas subterráneas de agua potable. Las bacterias del suelo podían destru ir el petróleo. pero sin la intervención humana la degradación hubiera resultado sumamente lenta, ya que, a corto plazo, la población micro­biana se hubiera visto limitada en oxígeno. nitrógeno y fósforo, nu­trientes esenciales para su crecimiento. El problema se solucionó infi ltrando estas sustancias en el subsuelo, con lo que el petróleo se degradó tan sólo en un año.

Por lo que concierne a nuestra Comunidad Autónoma y por lo que representa en curiosidad y potencial. quiero terminar esta exposición refiriéndome a los microbios como. organismos biomineros.

Se usan hoy microbiOS para extraer metales de valor industrial, como el cobre y el uranio, contenido en las rocas, y es casi seguro que la fuerza de trabajo de los microorganismos se aprovechará muy pronto en otras muchas operaciones mineras. ya que las minas metálicas cada vez están más exhaustas y no resultan rentables los laboreos tradicionales.

El secreto consiste en utilizar bacterias quimiolitotróficas, bacterias que comen minerales y oxidándolos obtienen la energía necesaria para el mantenimiento de sus reacciones vitales. Un típico representante de esta clase de bacterias es el Thiobacillus ferroxidans. uno de los seres v ivientes más viejos de la tierra. aunque no se descubrió hasta 1947 en una mina abandonada de carbón de Virginia. El Thiobaci llus se alimenta de compuestos inorgánicos en un ambiente rico en C02 y N2• Trans­forma el sulfuro de hierro, por ejemplo, en ácido sulfúrico y sulfato de h ierro, los cuales atacan las rocas circundantes y disuelven (lix iv1an) así muchos minerales metálicos. Así pueden convertir el SCu, insoluble en S00Cu soluble que se lava con agua de las rocas y se concentra en estanques de color azul bri llante. Si en esos estanques se introduce chatarra, el cobre metálico se deposita en el hierro del que se obtiene finalmente por raspado. El uranio se lixivia de la misma forma.

Actua lmente el 14% de la producción de cobre de los USA se obtiene por este método y en Río Tinto cada vez se hace un m~jor uso de los microbios para beneficiar el cobre de las escorias. En la Tabla 4 se recogen algunos minerales lixiviados por acción microbiana.

Soy consciente que no he usado toda la tinta china a que me refería a l principio de esta lección cuando les citaba el relato del simio de Wang Ta·hai.

Cuando Ortega, ante la estatua del Doncel de Sigüenza, escribía que: " 1"or un lles!mo muy l!lgrllllca!lvo, en 1:spana cas1 toao 10 granee es

anóni(l'lo", a lo mejor estaba pensando en las omiSiones que solemos cometer los conferenciantes.

En cua lquier caso, creo que les he dado unas pistas de lo que es y representa en nuestro mundo y en nuestra Universidad la B10tecnologfa.

Todo cuanto he expuesto tiene también la mtención de recordar que el esfuerzo iniciado cuajará, según espero, en real1dades y éxi tos y que si no construimos apeaderos veremos pasar a nuestra vera el tren de la modernidad biotecnológica sin detenerse. Quizás se nos grabe me1or con los npios perogrullescos de Campoamor:

"Cultivando lechugas Dioclecíano ya decía en Salemo que no halla mariposas en verano quien no cuida gusanos en invierno."

7. Bioproblemas y biorriesgos

Todo lo anteriormente eKpuesto no está exento <le un c1erto nesgo. La ingemerfa genética que está en la base de la mayor parte de las b1otecnologlas ha hecho ingresar a la humanidad en una era de transcendencia comparable solamente a la de la energía atómica. Y asr como ésta entraña sus riesgos, de todos conocidos. lo m1smo es de esperar que ocurra a las distintas biotecnologlas .

Cuando se ha escrito que " toda cultura t iene su ra fz en la barbarie, y toda renovac16n de la cultura se engendra en ese fondo de barbarie .. {Ortega). se estaba pensando, probablemente. más en términos de boutade filosófica que en térm1nos de agorero si niestro de las n uevas tecnologías. Pero la intuición de agudo pensador le jugó a su autor u n a mala pasada. Y la Biotecnologfa. como gran parte de la cienc1a. ha perdido hoy su inocencia multísecular.

" De mocente. la B1ologia ha pasado a ser considerada responsable de buena parte de los caminos que recorre nuestra CIVIl i zación " (L. Archer).

Enumeremos algunos de los problemas que acompaf\an a las nuevas biorecnologfas. en un afán de señalar que no pretende ser exhaust1vo.

1. Los grandes logros en la industna farmacéut ica y las enor mes Inversiones necesarias para el desarrollo de las biorecnologías h acen que el control y dlfeccjón de estos procesos dependan en grado crec1enre de los intereses económicos de las grandes multinacionales, con olv1do metodológico de prioridades humaniranas y éucas

2. La revoluc1on b1omdustnal exige el desarrollo de Ciencias muy costosas y que van a florecer. lógicamente, en países de gran nivel tecnológico Esto acentuará el desequil ibrio entre países, incrementará el colomalismo tecnológico y se producirán rápidas y profundas altera­Clones en la d1stribuc1ón económica, en la producción de muchos b1enes, en su transformación, transporte, intercambiO y coste, así como en el número de puestos de trabajo.

3 Ante algunos de los progresos recientes e mmmentes en los países altamente desarrollados (aumento de la longevidad: mejora de las condiciones de salud en la tercera edad; aumento de la productividad agrlcola y pecuana por el uso de la ingeniería genética v biológica: precoc1dad creciente en los jóvenes; reducción de la tasa de natalidad por perfeccionamiento de los métodos de planificación familiar; elección del' sexo de los hijos, lo que puede, en ciertas condiciones, deseqUI­librar la distnbución de sexos entre los adultos, etc ) son de prever desplazamientos s1gn1ficativos en los equilibrios demográficos y so­Ciales. El siglo XXI, que nacerá bajo un nuevo signo zodiacal, el del plásmido, habrá de encararse con una remodelación seria de la vida social, con profundas modificaciones psicológicas, culturales, insti tu­Cionales v polit1cas.

4. Las mutagénesis causadas por factores ambientales no están desl1gadas de las nuevas tecnologías. El mercado de medicamentos ascendió a 35.000 millones de dólar!!s sólo en USA en 1983. En 1980 se produjeron 110.000 T m de medicamentos y se calcula que, cada año, surgen unos 30.000 productos químicos nuevos, de los que más de 500 se lanzan al mercado, desde nuevos insecticidas y herbicidas hasta productos farmacéuticos, cosmélicos y aditivos de al imentos. Algunos de estos productos son tóxicos. Otros son polencialmente teratogénicos, como la lristemente célebre talidomida. La toxicidad y la termogenicidad en humanos son, por lo general, rápidamente detec­rables. Lo peor son las mutaciones que estos productos pueden causar en el DNA bacteriano y animal y cuyas consecuencias sólo serán detectables cuando las pequeñas alteraciones que van produciendo se hayan acumulado al cabo de algunas generaciones. El peligro estriba en que los producros de nuestra Civil ización empiecen a acumular muta c1ones en el hombre, no visibles ahora, pero que acaben en una catásrrofe en la salud pública dentro de unas generaciones, o en la desaparic1ón de especies animales, vegetales y bacterianas útiles por des1rucc1ón y suplantación. Eslo explica las preocupaciones crecientes de sectores sociales más concienciados, la creación de Agenc1as gubernamentales para la evaluación de los riesgos de mutación am­biental v la orohih1ción oficial oor nrimPrA vP7 Pn ¡::"'""" "n 1 Q7 1'; ~ .. ciertos productos exclusivamenle por su acción mutagénica.

5 Las preocupaciones por los nesgos b1otecnolog1cos alcanló su punto álgido en 1974 con la famosa Berg Letter, llamam1en10 de var.os espectalistas de Ingeniarla genét1ca a sus¡1ender los experimentos de laboralorio hasla la elaboractón de unas normas que 1mptdieran el escape de los laborator ios de espec1es an1males mod1f1cadas por 1ngemería genética que pudieran alterar el equil1bno ecológiCO o ser usados con fmes de guerra biológica. la carta prop1c16 una reun1on cientlfica en As1lomar y se emitieron regulaciones prec1sas y estnctas sobre este t1po de traba¡o, que gradualmente han s1do rela1adas. conforme se han 1do evaluando de forma más prec1sa los rteSgl''l verdaderos de este tipo de trabajos. No obstanle lo cual. s1gue ab•erta la polémica. incluso a mvel ¡ud1c1al. con los casos recientes del pleno conlra la liberación de espectes m1crob1anas con el gen anttcongelante Y la atención preslada por los medios de comun1cac•ón a la postbtltdad de que el virus del SIDA sea un virus manipulado que haya escapado de un laboratorio de investigación

6. Finalmente, no podemos olvidar los peligros de man•pulac1ón genélica del genoma humano la cartografía y desciframtento del papel de cada uno de los 100.000 genes humanos permiltrán diagnosticar más de las 3.500 enfermedades genéucas descrttas hasta hoy. en un proyeclo cuy.o coste se ha evaluado en 37.000 m1llones de pesetas y en el que lrubajarían unos 60.000 cientfficos/año. Este proyecto uene un indudable interés, pero entra~a los peligros de una mantpulac16n, con los consiguientes problemas éticos que ello plantea. En la misma linea se pueden si!Uar los experimentos con embriones dest inados a corregtr enfermedades nerviosas de adullos. como ol Parktnson o la enfermedad de Alzheimer, la cirugia en embnones con ftnes terapéu· ucos. las nuevas tecnologías de reproducción aststida, etc

No es mi intención proponer ningún lipo de soluc1ón, m es este el momento de 1n1en1arlo.

Creo. sin embargo, que la Biologfa Molecular nos sum1n1stra !res claves para buscar soluciones a estos y olros problemas que se nos vayan presen1ando:

1. La Biologfa Molecular nos demuestra que ex1ste una profu nda un1dad molecular entre la bacleria y el hombre. Este dato nos hunde en un lodo originario que no debe hacer olvidar las tentac1ones de despotismo y recordar una responsabilidad cast fraterna con toda la naluraleza.

2 la Btología nos ha demostrado que extsten Importantes lnterde· pendenc1as enlre especies que habilan la misma zona del planela, así como enlre ellas y el ambiente. El hombre puede interventr en la

-

Naturaleza. pero respetando sus leyes y equilibnos. Puede crear nuevos equilibrios ecológ icos, pero no puede ignorarlos. Debe ser innovador, pero con respeto por las reglas del juego.

3. La Biolog fa Molecular nos revela suficientemente la importanci< enorme de la diversidad genética entre los individuos de la mism< especie. La diversidad genética es un regalo y la supervivencia de 1< especie humana se fundamenta en ella. La diversidad genética debe se1 cuidadosamente conservada en la especie humana. La "raza perfecta" tentación permanente de la humanidad, encubre un profundo erro1 biolóaico. " Perfecta para la especie es la riqueza de la diversidad y lé polivalencia del conjunto" (Archer). Conclusión, rigurosamente bioló· gica. que posiblemente podrfa extenderse a otros aspectos del desarrolle humano, como la cultura. educación. profesión. etc. Siento habe1 ensombrecido un tanto el panorama. pero no olvidemos que: " La verdac es la verdad, digala A gamenón o su porquero" lA. Machado. Juan dt Mairena).

Espero que, al menos en parte. se haya hecho realidad el deseo d1 Berganza. uno de los perros sabios de la novela cervantina: "Todo lo qu1 dices. Cipión, entiendo, y el decirlo tú. y entenderlo yo. me causa nuev¡ admiración y maravilla" (Cervantes. El Coloquio de los perros).

Y termino con unos versos del Poema Noveno de Confucio:

"Mej or pararse entes que llenar el vaso hasta el borde. Hoja demasiado afilada, se mellará pronto. Tesoro enorme de oro y jade no puede ser protegido. Reclama r iqueza y honores y sobrevendrá el desastre. Rerfrate cuando hayas hecho tu trabajo: éste es el camino de cielo.··

Agradecimientos

El autor quiere reconocer la inestimable ayuda de F. Castillo J . Caballero y C. Santos en la elaboración de este trabaJo.

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T T ' 1' F1g. 1 Enz1mes de restriCCIÓn usadas para romper la doble hélice de DNA. BomH I.

procede de la bacteria Bacillus amylollquefaciencs l. EcoAI de Eschorichio col i RY 13 e Hind 111 de Haemophylus influenzaa Rd.

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Frg. 2 Formac¡ón da moléculas de ONA rccomb1nante. A la iZqUierda se rcprcsonta un plásnl1do bacteriano con una secucncra de seis bases reconocrda v cortada por la endonucleasa de restncc16r' Bam Hl Por acción de lo restnctilsa se abre el ani llo del plásmtdo, quedando en cada extreme de la moléculo una secuencia de cuarro bases sm empare1ar. A la derecha se representa un fragmento de DNA humano al que se le a naden enztmáttcamente seis pares de bases en cada extremo, tratándose a continuoctón con la m•sma restrictasa Bam Hl. Ello peunne que por accrón de una ligasa se emJWtCJen el Jra9mamo g~ PNA ~uf11uno y el plásmtdo preHatados, con lo que se obtiene una molécula

de ONA recomb1nante

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Ftg. 3. Clonactón de un plásmido que contiene un gen humano. Un pl:tsrrldo recombtnanle, con un gen humano. penetra en una bactena, en cuyo tnlenor se rephca. producié ndose así lo clonactón.

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Fig 4. Comparación de la secuencta de amtnoácidos de la enzima ntuato reducrasa del alga verde unicelular Chl amydomonas t"einhardtii INRCHL) en el domtneo hemo (A) y en el domi nio FÁD/ NAOH (8) con los dominios correspondtentcs del citocromo b5 de mtcro­somas de caballo (85HO). flavocitocromo b2 de levadura (FI.AVB2). nitrato reductasa de hoJaS de tabaco (NRTOB). de Arabidopsis (NRAT). y citocromo b, raductasa humana (AOHUB5). CONSENSUS tn<:hca la secuencia de consenso entre las distintas nitrato reductasos.

mez~ l3 de n tigenos 1, Z,3 v 4

y___ . ~ ce~ln 8 ~élulas ~ ~ """ / mleloma

® ® (}) células de

~// blbrldoma

~ fj ~· ~ clones

~ f ¡ ~ Ac, Ac3 Ac• Anticuerpos

monoclonales

Fig. 5. Esquema de obtención da anticuerpos monoclonales que reconocen y capturan moléculas de interferón. Se inyecta tJna mezcla de pequef'\as cantidades de interferón junto con otros antígenos, a un ratón. Pasados unos dias. se ext1rpa el bazo al ratón, y sus cé lulas B. algunas de lils cuales producirán anticuerpos que reconocen al interfer ón, se fu sionan con células de mieloma carcinogénico para producir h ibridornas. Se separan los distintos clones de los diversos hibridomas y se evalúa S LJ capac•dad de producu antiCuerpos anti interferón.

F1g, 6. Evolución del pese corporal de ratas hembras tratadas con GRF 29. Los animales fueron inyectados diJriamcnle con 600 }J9 de GRF [1·29) NH2 o vehlculo (solución salina). la canridad roral de GRF lue disrril>uida en 4 dosis de 150 -"9 (a las 02 OO. 08.00; 14.00; 20.00 horas). El tratamiento se real izó entre los dlas 21 ~1 41 . Cadu día se comprobó el peso corporal.

ENEIGIA PROTONES ""' - 1 RITIO&EKUl

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ENERGIA 1 PIOIOUS

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Fto. 7 . Le enzima baclerianil nitrogenCls.a cata liza la conversión de dinlt r6geno on amoniaco en una reacc•ón fuertemente endergómca que va acompar.ada de dasprendi· mento de h1dróge no gase oso Algunas bactenas poseen enz•mas hidrogenasas capaces da reutilizsr este h idrógeno con el consiguiente ahorro de energla en el proceso global.

Fig. 8. Posibil idades de la ingenlerfa genét1ca en la utilización mejorada de carbono y nurógeno en vor ios t ipos de organismos. Las diversas abreviaturas sobre lo f1gura (eh:,

~'i.~:·v<!.W~· . .'~.if ... 'lo.:P.·..Il~l.S"''!~nden a otros tantos _genes que pueden mtroducirsa an plantas por ingemeria genéüca

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F•g 9 Fabricación herbicidas. por ingenieria gen,tica da una p lanta de SOJO res•stente a

F1g. 1 O. Micrototograflas del alga verde unicelular Chlemydomonas reinhardtii culll· vada con amonio (11 o urato 121 como única fuente de nurógeno o sometida a carenc1a de nitrógeno (3). Los gránulos blancos corresponden a acúmulos de almidón (x 20.000. cortesla de lo Ora. 1 Burón).

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Fig 11 Diversos métoOOs utilizados para •nmov•hzar biocatahzadores

Frg 12. Sep1olita procedente de los yacim!Oiltos de Vallecas (Madn d], calcrnada a CI'V'V'I ("> \ • .,. ............ ~~ ...-_._~ - ~ _..___,. .... ...._ -.....,,,_ .... , .. , ...... ~....,., ,.._.,. ,loo...,'-, , .., ._.,

Jesé M • Mannasl.

o·r;- r r llLflllJ ,

Flg. 13. Diagrama básico de una planta depuradcra de alpechín. 1: Depósito de alpechín; 2: Torre de recupo•oción; 3: Aspirador; 4: Bomba do proceso; 5· Reactor; 6. Decantador; 7· Bomba de los f iltros; 8: Filt ro; 9 Frltros de carbón actlvadc; lO; Des­gas.ticador-alreador; 1 1: Soplan! e; 12: Bomba de vonido-recirculación (Cortes:fa del Prof. Bellido Sempere).

_.:.••:.:.C:....::2.:.5_ .... edaeión tolol

OXIH HOOC OH OH J:()()j Ct p A ~ ?<Y~- rAro ~ c'f r lrtOCH __¿ n - d<?odocén 2

1 y •TOL V y Y ~ lol&l

Ci Cl Cl Ci C()()i

O~ 1-VCC OH OH •

pAC25•TOL ú(}i 60; OCOll i . 2(1 3) Ion< ()l - o - (O I__L. *9'' ''''"•" "'"' ·mutac s

Cl Cl .._,,...,,. Ci Cl Cl Cl Cl Cl

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Frg. 14. Oegradac•ón de compuestos clorados aUamen1e tóxicos por enz1mas codifi­cadas por plásmrUos bacíenanos. TOL: gen que codifica enzimas degradadoras de tolueno y xrleno; pAC25; de 4 ·clorocateool; SAL: de diversos salrci lolos. El 4-clorobenzoato y el 3,5·drclorobenzoato no se degradan por las enzimas oodrfrcadas por el piAsmidc pAC25. quo codifrca la enzima responsable de la degradación del3·clorobenzollto, pero sí lo hacen si las enzimas codrfrcadas por el plásmido TOL ostán presentes. La combtnaci6n da los plásmrdos pAC25. TOL y SAL permite Ja degradactón completa ae1 ac -.t.,4;:t-uu~~orórtr· noxiacéttCO, potente t1crbicida de ampho uso altamente contammante.

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Fig. 15 El petróleo cont1ene d1versos tipo$ de h•drocarburos, siendo los pnnc1pales los x1 lenos. naftenos. octanos v canfanos Cierras estirpes bactenanas degradan alyunos de estos compuestos, pero no se conoce r inguna cepa natural que los degrode lodos Los genes que perm1ten a estas bacterias degradar a los hidrocarburos se encuen1ran en cualto upos de plbm dos (xyl, nah. ocl y caml. en la ligura representados por X. N. O y C Introduciendo los cuatro tipos do genes en una sola bacteria se puede constrUir un "supenmcrob1o" capaz de digerir los princ1pales componentes del petróleo.

Tabla 1. Sumario del tema

1. Naturaleza y variedad de los procesos b iotecnológicos

2. lngen1ería genética.

3. Hibr idomas y enfermedad.

4. La nueva revolución verde.

5. M 1crobiologla mdustrial.

6. Biotecnologia y ecología.

7. Bioproblemas y b1orriesgos.

Tabla 2. Distribución de los principa les productos obtenidos por bioindustria

l ocnoiO{IIa Area l•ldustnas See1 or Ind ustria

do Solud agroahment .A.gr•culturi'l Energético qulmK:a

r ermentaeJOnas Ant•biOt•oos Acldo cltr •CO B•oinsectf· Etanol Oulmica

V i!OIHIR&S Amtooác.dos ciclas Acet.·btJtenol del etanol

Enl•mes Nuc eot•dcS Oio9as Eh lena

Amu'Wt.:í cldos Erwmas Acetaldehido

Nue eóttdos BIQC)Oiiml'fOIS /locetona

Estorc:udts ButB,.ol

A~laodes 8utiKIIlflo

Aeoct~vos ;>~r•

d• ~nosttCO

lngemerw lsogluccsa Etnnol

onzuntHIC8 Jrullbes glucosados

A.c<>mbtn~c•ón lnterferon

{lenét •ca o Hc·monas

mgemeda ger1et Vncunas

Cui11YOS ce lulares ln.arferón Protell\aS Clones

Vacunas un celulares

Factout' snnguiMOS

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Tabla 3. Microorg anism os que sobreviven y/ o prol iferan en el alpechín depurado

Fitoplancton

Familia

Desmidiaceae

Nostocaceae

Oscillatoriaceae

Género

Clostridium Cosmarium Staurastrurn

Anabaena Anabaenopsis Nostoc

Lymbia Osci llatoria rli\JII I f l ll.,Ui t l

B¡l]cterias

Pseudomonas sp. Rhodobacter sp.

Rivulariaceae Calothrix

Scenedesmaceae Scenedesmus Cructgenia

Chlorococcaceae Chlamydomonas Haematococcus Chlorel la Dunaliel la Borodinel la

Oocystaceae Oocystis

Hydrodictiaceae Pediastrum

Chroococaceae Microcystis Chroococcus Gloeocapsa Anacystis Merispomedia Coelophaerium

Coelastraceae Coelastrum

Coscinodiscaceae Mela sira Coscinodiscus Cyclotella

Rhyzosoleniaceae Rhyzosolenia

Naviculaceae Navícula

Nitzschiaceae Nitzschia

Acanthaceae Cocconeis

Cymbellaceae Rophalodia Epithemia

Fragilariaceae Synedra

Cyl indrocapsaceae Aphanochaete

Palmellaceae Gloeocystis

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Tabla 4. Algunos m1nerales lixiviados por acción microbiana

Compos1c:.ón Nombre

A s FeS Arsenop1ri1a

As2SJ Orop1men1e

BI2SJ Bismulita

Cu3(As.Sb)S, Enargita Cu FeS2 Calcopir ita cu, FeS, Bornlta CuS Covellta Cu2S Calcocita

Cu8Sb2S1 Telrahedrila CuSe03 2H20 Calcomeni ta FeS Marcasita

FeS2 Pinta MoS2 Mollbdenlta (N i,Fe),¡S8 Pent1and11a Ni S Millerita PbS Galena

Sb2SJ Stibnlta

uo2 Uraninita

v,v2o iJ.8H20? Vanoxila ZnS Esfalerita

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